房屋建筑结构防火研究的现状与发展

房屋建筑结构防火研究的现状与发展

建筑的防火問题一直是房屋建筑方面的一个重要课题，其防火性能与房屋的结构设计、建筑材料等都有着直接的关系，如果建筑防火问题处理不好，就会对人们的生命财产安全造成巨大的损失。本文对建筑房屋的防火研究现状进行了分析，并对未来的发展方向进行了初步的研究。

标签房屋建筑；防火；耐火性能；现状；发展

房屋建筑的防火问题不是现在才有的，是伴随着建筑行业的兴起形成的，有着悠久的历史，是全社会都比较关注的问题。自古以来建筑防火问题就是建筑设计和施工方面的一个重要问题。一直以来，在建筑防火方面也进行了大量的研究，但是从现状来看，还存在着一些问题和不足，应该尽快得到解决，并就未来的发展方向进行必要的研究。

1 房屋建筑结构防火概述

我国在房屋建筑结构防火方面的研究从时间上看要落后于国际上的一些国家，早在20世纪中期，前苏联率先颁发了建筑结构防火方面的相关标准——耐热钢筋混凝土的设计暂行指示，虽然是指示，还不够完善，但是，是世界上最早的相关标准。在此以后，美国在1962年由该国的消防协会颁发了相关标准、瑞典是在1983年颁布、法国是在1984年颁布建筑结构防火方面的设计标准。这些都是针对钢筋混凝土抗火设计方面的标准，是进行防火设计的依据。

2 建筑结构防火设计的方法

就国内外建筑结构防火的设计和研究现状来看，有很多学者进行了大量的试验和研究，所采用的方法并不统一，试验的内容也各有侧重。就相关研究方法而言，主要有以下四种：

2.1 基于试验的建筑结构构件防火设计的方法

基于试验的建筑结构构件防火设计方法的最主要特点是以试验作为建筑结构设计的依据，在进行结构防火设计时，可根据构件耐火时间要求直接选取相应的防火保护措施。这种方法针对性比较强，操作起来比较简单，比较直观容易被人所接受，应用起来也比较方便，但是，这种方法也有不足的地方。基于试验的构件防火设计方法存在严重缺陷，这种缺陷源于对下列因素的影响很难加以考虑：一是建筑结构的荷载分布与大小的影响。由于实际结构构件所受的荷载分布与大小并不是一成不变的，因此，我们在试验的时候所选用的结构各构件标准受载状体与建筑物实际结构中这些部件的受载状态并不是完全一致，这就影响了我们对实验结果的使用，我们在使用试验结果的时候，要区别对待，不能照搬照用。二是建筑结构构件的端部约束状态对实验结果的影响。构件在结构中受到相邻其他构件的约束，构件的端部约束状态不同，构建的承载力及火灾升温所产生的构

件温度内力将不同，而这两个方面对构件的耐火极限均有重要影响，实验中很难准确和全面地进行模拟。

2.2 基于计算的构件防火设计方法

为考虑荷载的分布与大小及构件的端部约束状态对构件耐火极限的影响，可按所设计的结构的实际情况进行一系列构件的耐火试验，但这样做一方面目前的试验手段达不到，另一方面费用非常昂贵,为解决基于试验的构件防火设计方法存在的问题，很多学者开展了大量研究。理论研究以有限元为主，也有的采用经典解析分析方法，基本建立了能考虑任意荷载形式和端部约束状态影响的构件防火设计方法。目前这种方法已被世界上很多国家所采用，比如美国、英国以及其他欧洲国家。

2.3 基于计算的结构防火设计方法

结构的主要功能是作为整体承受荷载。火灾下结构单个构件的破坏，并不一定意味着整体结构破坏。一般情况下，结构局部少数构件发生破坏，将引起结构内力重分布，结构仍具有一定继续承受荷载的能力，当结构防火设计以防止整体结构倒塌为目的时，则基于整体结构的承载能力极限状态进行防火设计更为合理。

2.4 考虑火灾随机性的结构防火设计方法

现代结构设计以概率可靠度为目标，因火灾的发生具有随机性，为实现结构防火的概率可靠度设计，必须考虑火灾即空气升温的随机性，考虑火灾随机性的结构防火设计方法尚是有待研究的一个课题，但必将是结构防火设计的发展方向。

3 建筑结构防火设计的发展趋势

随着科技水平的发展，目前耐火设计研究趋势有以下四个方面：

3.1 用过去标准耐火试验研究方法（破坏性试验）掌握了各类构件在火灾温度和重力荷载共同作用下的破坏机理后，建立构件在火灾条件下的分析模型，使用计算机数值模拟研究更为科学合理，所以研究方法正在由构件的破坏性实验方法向结构分析方法过渡。

3.2 由于单一构件在火灾中产生的温度内力与框架或其它超静定结构产生的温度内力差别甚大，所以研究对象正在由单一构件转向构件组合单元。鉴于这样的试验结果有一定的局限性此，在试验的时候，我们尽量采用都建组合单元，可以更全面地掌握有关数据，了解更多构件的耐火情况。

3.3 由于钢结构耐火研究开展较早，研究得也较深入，而混凝土结构已被证明同样会在火灾中垮塌，所以研究的结构形式正在由钢结构向钢筋混凝土结构发

展。

3.4 由于建筑功能的多变性，主要体现在火灾荷载和通风条件的变化，用标准温度——时间曲线作为所有构件的受火条件，确实很难反映构件在实际火灾中的工作条件，所以受火条件正趋于用按预测计算得到的平均温度——时间曲线代替一成不变的标准升温曲线。

4 房屋建筑结构防火理论研究现状

从目前国内的情况来看，对建筑物结构防火进行研究时，主要是依据一些经验公式进行分析，进行数值分析的时候主要是采取有限差和有限元的方法。

4.1 房屋建筑结构防火研究的经验公式

研究人员通过对建筑结构或构件进行耐火性能试验，获得了大量的相关数据，依据这些数据进行试验结果分析，通过分析研究提出了一些经验公式和半经验公式，主要有以下几个方面：

4.1.1 圆钢管混凝土柱防火分析的经验公式为：

其中，a 、b 、c 、d 都对应有相应的公式，代入相应的参数，都可以计算出准确的数值。

4.1.2 方形、矩形钢管混凝土柱的经验公式为：

同样，公式中的a、b、c、d等都可以代入相应的参数，计算出数据。通过这些经验公式计算结构或构件的耐火极限是比较容易的，但是，当构件尺寸、材料变化的时候，这些公式就不适用了。因此，这些经验公式只能是针对特定的材料和构件的时候才能使用。

4.2 房屋建筑抗火实验中数值的计算方法

计算数据的方法主要由以下两种：

4.2.1 有限差分法

有限差分法是在科研方面采用比较早的也是最普遍的方法。针对具有简单几何形状建筑材料导热问题的研究时，采用这种方法最容易进行数值方法。这种方法的特点是：将求解区域用与坐标轴平行的一系列网格线的交点所组成的点的集合来代替，在节点上，然后用用相应的差分表达式控制方程中每一个导数，从而